输气管道自动取样系统一体化整合橇装方法与流程

本发明涉及管道系统技术领域，具体而言，涉及一种输气管道自动取样系统一体化整合橇装方法。

背景技术：

对于长输天然气管道，尤其是跨境天然气管道，对输送天然气品质的准确分析是保证客观、公正地检验检疫，保证贸易双方的经济利益和管道的安全运行至关重要的因素。对于气质除采用在线的分析仪进行实时检测分析外，对天然气进行离线分析亦同样重要，通过在线自动取样装置，采集具有代表性气体，为化验室、出入境检验检疫局或第三方检验提供可靠依据。

传统取样只是作为辅助系统使用，考虑人工操作要求，将管线样气高压减压后直接存入钢瓶，再人工将钢瓶中的样气进行检测。此种取样装置的缺点为：

1、采样过程中由于降压和吸热作用，气体组分变化流失，不能代表实际真实流量，取得样品可能不具代表性；

2、未设置取样控制系统，无法实现对取样系统设备状态、电源情况、取样回路流速、取样频率的监控；

3、未对取样回路进行流量测量，对取样回路中气流是否正常无法判断；未实现流量控制，无法实现取样回路流量跟随主管道流量变化；

4、未设置手动取样装置，系统故障无法取样；

5、未设置备用回路，系统容易产生故障；

6、未设置取样容器安全泄放设施，易产生样品溢出危险事故；

7、未设置压力检测仪表，缺少对回路工艺参数的监测；

8、无法设定自动取样时间；

9、无法实现样气回收。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种输气管道自动取样系统一体化整合橇装方法，能够直接自动连续地采集出管道中天然气具有代表性的样品，通过取样控制器完成预定量的样品采集，并能将其取样控制信号传送至上位控制系统，可以在没有操作人员干预的情况下连续和反复地提取少量样品，以确保天然气任何成份的变化都被反映到样品中，为生产过程的介质分析提供依据。

本发明提供了一种输气管道自动取样系统一体化整合橇装方法，该方法包括：

步骤1，自动取样控制器设定取样的条件或周期；

步骤2，取样探头插入所述输气管道中从所述输气管道中取天然气，通过所述取样探头的气体出口将天然气引入所述取样主管路，天然气经过所述取样主管路到达取样支路汇管和备用取样支路汇管；当取样支路可以正常使用时，进入步骤3，当取样支路检修无法工作时，进入步骤8；

步骤3，开启所述取样支路汇管上的第二仪表阀和第三仪表阀；同时，所述第一压力表检测所述取样主管路上的压力，所述取样主管路上超压的天然气通过第四安全阀引入安全泄放汇管后进入残气瓶；

步骤4，压力检测后的天然气进入取样支路汇管，天然气通过所述取样支路汇管进入各个取样支路中；

步骤5，取样主管路上的天然气通过过滤器、第一减压阀过滤减压后作为控制取样泵启停的电磁阀的气源；同时，第四压力表检测动力气源管路上的压力，所述动力气源管路上超压的天然气通过第三安全阀引入所述安全泄放汇管后进入所述残气瓶；

步骤6，根据设定的取样条件或周期，所述自动取样控制器通过第一电磁阀电缆控制开启电磁阀，所述取样泵开始工作，采集所述取样支路上的天然气，并将采集到的样品送入移动活塞气瓶中；

所述移动活塞气瓶两端上部的第二压力表、第三压力表检测所述移动活塞气瓶的压力，当所述移动活塞气瓶80％充满时，所述自动取样控制器通过第一限位开关电缆控制所述移动活塞气瓶上的样品气缸上的限位开关动作，取样过程自动停止；同时，所述自动取样控制器通过第一电磁阀电缆接收所述取样支路的气体流量信号；

通过所述移动活塞气瓶两端下部设置的第十一仪表阀、第十二仪表阀将所述移动活塞气瓶内的残余天然气引入泄放支路，所述泄放支路将残余天然引入所述安全泄放汇管后进入所述残气瓶；

所述取样支路的出口端将取样支路上的残余天然引入第一取样返回汇管，通过第一安全阀将残余天然引入所述安全泄放汇管后进入所述残气瓶；

步骤7，所述取样支路汇管上的残余天然进入样气返回汇管后进入所述取样返回汇管，通过第一安全阀将残余天然引入所述安全泄放汇管后进入所述残气瓶；同时，所述第一样气返回汇管中的天然气进入样气返回主管路后进入取样探头的返回接口，将引出的天然气返回到所述输气管道中，降低取样管内天然气排放大气量；

步骤8，关闭所述第二仪表阀和所述第三仪表阀，开启所述备用取样支路汇管上的第四仪表阀和第五仪表阀，同时，所述第一压力表检测所述取样主管路上的压力，所述取样主管路上超压的天然气通过第四安全阀引入安全泄放汇管后进入残气瓶；

步骤9，压力检测后的天然气进入备用取样支路汇管，天然气通过所述备用取样支路汇管进入备用取样支路中；

步骤10，取样主管路上的天然气通过过滤器、第一减压阀过滤减压后作为控制备用取样泵启停的备用电磁阀的气源；同时，第四压力表检测动力气源管路上的压力，所述动力气源管路上超压的天然气通过第三安全阀引入所述安全泄放汇管后进入所述残气瓶；

步骤11，根据设定的取样条件或周期，所述自动取样控制器通过第二电磁阀电缆控制开启备用电磁阀，所述备用取样泵开始工作，采集备用取样支路上的天然气，并将采集到的样品送入备用移动活塞气瓶中；

所述备用移动活塞气瓶两端上部的备用第二压力表、备用第三压力表检测所述备用移动活塞气瓶的压力，当所述备用移动活塞气瓶80％充满时，所述自动取样控制器通过第二限位开关电缆控制所述备用移动活塞气瓶上的样品气缸上的备用限位开关动作，取样过程自动停止；同时，所述自动取样控制器通过第二电磁阀电缆接收所述备用取样支路的气体流量信号；

通过所述备用移动活塞气瓶两端下部设置的备用第十一仪表阀、备用第十二仪表阀将所述备用移动活塞气瓶内的残余天然气引入备用泄放支路，所述备用泄放支路将残余天然引入所述安全泄放汇管后进入所述残气瓶；

所述备用取样支路的出口端将所述备用取样支路上的残余天然引入第二取样返回汇管，通过第二安全阀将残余天然引入所述安全泄放汇管后进入所述残气瓶；

步骤12，所述备用取样支路汇管上的残余天然进入样气返回汇管后进入所述第二取样返回汇管，通过第二安全阀将残余天然引入所述安全泄放汇管后进入所述残气瓶；同时，所述样气返回汇管中的天然气进入样气返回主管路后进入取样探头的返回接口，将引出的天然气返回到所述输气管道中，降低取样管内天然气排放大气量。

作为本发明进一步的改进，所述自动取样控制器控制多个取样支路上的取样泵同时进行采样，天然气通过所述取样支路汇管进入各个取样支路中，每个取样支路均通过所述自动取样控制器控制开启每个取样支路上的电磁阀，每个取样支路上的取样泵开始工作采集对应取样支路上的天然气。

作为本发明进一步的改进，每个取样支路的气体流量信号通过所述自动取样控制器送入站场控制系统中。

作为本发明进一步的改进，所述自动取样控制器控制多个备用取样支路上的取样泵同时进行采样，天然气通过所述备用取样支路汇管进入各个备用取样支路中，每个备用取样支路均通过所述自动取样控制器控制开启每个备用取样支路上的备用电磁阀，每个备用取样支路上的备用取样泵开始工作采集对应取样支路上的天然气。

作为本发明进一步的改进，每个备用取样支路的气体流量信号通过所述自动取样控制器送入站场控制系统中。

作为本发明进一步的改进，当取样支路和备用取样支路均检修无法工作时，开启手动取样管路进行取样；

所述输气管道自动取样系统一体化整合橇装方法替换为：

步骤1，取样探头插入所述输气管道中从所述输气管道中取天然气，通过所述取样探头的气体出口将天然气引入所述取样主管路，天然气经过所述取样主管路到达手动取样管路；

步骤2，所述手动取样管路上的天然气通过第二减压阀减压后进入样气钢瓶；

同时，所述第一压力表检测所述取样主管路上的压力，所述取样主管路上超压的天然气通过第四安全阀引入安全泄放汇管后进入残气瓶；第五压力表检测所述手动取样管路上的压力，所述手动取样管路超压的天然气引入所述安全泄放汇管后进入残气瓶；

步骤3，所述取样主管路上的残余天然气进入取样支路汇管或备用取样支路汇管后进入第一取样返回汇管或第二取样返回汇管，通过第一安全阀或第二安全阀将残余天然引入所述安全泄放汇管后进入所述残气瓶；

同时，所述样气返回汇管中的天然气进入样气返回主管路后进入取样探头的返回接口，将引出的天然气返回到所述输气管道中，降低取样管内天然气排放大气量。

本发明的有益效果为：

1、采样过程中无任何组分流失，以确保天然气任何成份的变化都被反映到样气中，准确反映管线输气对应组分和热值；

2、设置取样控制器，可以实现对取样系统设备状态、电源情况、取样回路流速、取样频率的监控；

3、可以对取样回路进行流量测量，对取样回路中气流进行判断，实现流量控制，实现取样回路流量跟随主管道流量变化；

4、设置手动取样管路，在系统故障时可以取样；

5、设置备用回路，系统产生故障时可以继续连续自动采样；

6、设置取样容器安全泄放管路，避免样品溢出的危险事故；

7、设置压力检测仪表，可以对回路工艺参数进行监测；

8、通过取样控制器可以设定自动取样时间；

9、通过残气瓶的设置实现样气回收。

附图说明

图1为本发明实施例所述的一种输气管道自动取样系统一体化整合橇装方法的流程示意图；

图2为本发明实施例所述的一种输气管道自动取样系统一体化整合橇装的结构示意图。

图中，

1、取样探头；2、第一仪表阀；3、第一压力表；4、第二仪表阀；5、第三仪表阀；6、第四仪表阀；7、第五仪表阀；8、第六仪表阀；9、第七仪表阀；10、第八仪表阀；11、第一单向阀；12、第二单向阀；13、第三单向阀；14、第九仪表阀；15a、电磁阀；16a、取样泵；17a、第十仪表阀；18a、移动活塞气瓶；19a、第十一仪表阀；20a、第十二仪表阀；21a、第十三仪表阀；22a、第二压力表；23a、第三压力表；24a、限位开关；15b、备用电磁阀；16b、备用取样泵；17b、备用第十仪表阀；18b、备用移动活塞气瓶；19b、备用第十一仪表阀；20b、备用第十二仪表阀；21b、备用第十三仪表阀；22b、备用第二压力表；23b、备用第三压力表；24b、备用限位开关；25、第一安全阀；26、第二安全阀；27、第三安全阀；28、第四安全阀；29、过滤器；30、第一减压阀；31、第四压力表；32、第十四仪表阀；33、第二减压阀；34、第五压力表；35、第十五仪表阀；36、第十六仪表阀；37、样气钢瓶；38、第十七仪表阀；39、第十八仪表阀；40、残气瓶；41、阻火器；42、备用取样支路；43、取样主管路；44、取样支路；45、第一取样支路汇管；46、第二取样支路汇管；47、第一取样返回汇管；48、第二取样返回汇管；49、样气返回主管路；50、取样切换管路；51、动力气源管路；52、第一安全泄放管路；53、第二安全泄放管路；54、手动取样管路；55、自动取样控制器；56、样气返回汇管；57、第一泄放支路；58、第二泄放支路；59、安全泄放汇管；60、第一限位开关电缆；61、第一电磁阀电缆；62、第二限位开关电缆；63、第二电磁阀电缆。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例1，如图1所示，本发明实施例的一种输气管道自动取样系统一体化整合橇装方法，该方法包括：

步骤1，自动取样控制器55设定取样的条件或周期；

步骤2，取样探头1插入输气管道中从输气管道中取天然气，通过取样探头1的气体出口将天然气引入取样主管路43，天然气经过取样主管路43到达取样支路汇管45和备用取样支路汇管46；当取样支路44可以正常使用时，进入步骤3，当取样支路44检修无法工作时，进入步骤8；

步骤3，开启取样支路汇管45上的第二仪表阀4和第三仪表阀5；同时，第一压力表3检测取样主管路43上的压力，取样主管路43上超压的天然气通过第四安全阀28引入安全泄放汇管59后进入残气瓶40；

步骤4，压力检测后的天然气进入取样支路汇管45，天然气通过取样支路汇管45进入各个取样支路44中；

步骤5，取样主管路43上的天然气通过过滤器29、第一减压阀30过滤减压后作为控制取样泵16a启停的电磁阀15a的气源；同时，第四压力表31检测动力气源管路51上的压力，动力气源管路51上超压的天然气通过第三安全阀27引入安全泄放汇管59后进入残气瓶40；

步骤6，根据设定的取样条件或周期，自动取样控制器55通过第一电磁阀电缆61控制开启电磁阀15a，取样泵16a开始工作，采集取样支路44上的天然气，并将采集到的样品送入移动活塞气瓶18a中；

移动活塞气瓶18a两端上部的第二压力表22a、第三压力表23a检测移动活塞气瓶18a的压力，当移动活塞气瓶18a80％充满时，自动取样控制器55通过第一限位开关电缆60控制移动活塞气瓶18a上的样品气缸上的限位开关24a动作，取样过程自动停止；同时，自动取样控制器55通过第一电磁阀电缆61接收取样支路44的气体流量信号；

通过移动活塞气瓶18a两端下部设置的第十一仪表阀19a、第十二仪表阀20a将移动活塞气瓶18a内的残余天然气引入泄放支路57，泄放支路57将残余天然引入安全泄放汇管59后进入残气瓶40；

取样支路44的出口端将取样支路44上的残余天然引入第一取样返回汇管47，通过第一安全阀25将残余天然引入安全泄放汇管59后进入残气瓶40；

步骤7，取样支路汇管45上的残余天然进入样气返回汇管56后进入第一取样返回汇管47，通过第一安全阀25将残余天然引入安全泄放汇管59后进入残气瓶40；同时，样气返回汇管56中的天然气进入样气返回主管路49后进入取样探头1的返回接口，将引出的天然气返回到输气管道中，降低取样管内天然气排放大气量；

步骤8，关闭第二仪表阀4和第三仪表阀5，开启备用取样支路汇管46上的第四仪表阀6和第五仪表阀7，同时，第一压力表3检测取样主管路43上的压力，取样主管路43上超压的天然气通过第四安全阀28引入安全泄放汇管59后进入残气瓶40；

步骤9，压力检测后的天然气进入备用取样支路汇管46，天然气通过备用取样支路汇管46进入备用取样支路42中；

步骤10，取样主管路43上的天然气通过过滤器29、第一减压阀30过滤减压后作为控制备用取样泵16b启停的备用电磁阀15b的气源；同时，第四压力表31检测动力气源管路51上的压力，动力气源管路51上超压的天然气通过第三安全阀27引入安全泄放汇管59后进入残气瓶40；

步骤11，根据设定的取样条件或周期，自动取样控制器55通过第二电磁阀电缆62控制开启备用电磁阀15b，备用取样泵16b开始工作，采集备用取样支路42上的天然气，并将采集到的样品送入备用移动活塞气瓶18b中；

备用移动活塞气瓶18b两端上部的备用第二压力表22a、备用第三压力表23a检测备用移动活塞气瓶18b的压力，当备用移动活塞气瓶18b80％充满时，自动取样控制器55通过第二限位开关电缆63控制备用移动活塞气瓶18b上的样品气缸上的备用限位开关24b动作，取样过程自动停止；同时，自动取样控制器55通过第二电磁阀电缆62接收备用取样支路42的气体流量信号；

通过备用移动活塞气瓶18b两端下部设置的备用第十一仪表阀19b、备用第十二仪表阀20b将备用移动活塞气瓶18b内的残余天然气引入备用泄放支路58，备用泄放支路58将残余天然引入安全泄放汇管59后进入残气瓶40；

备用取样支路42的出口端将备用取样支路42上的残余天然引入第二取样返回汇管48，通过第二安全阀26将残余天然引入安全泄放汇管59后进入残气瓶40；

步骤12，备用取样支路汇管46上的残余天然进入样气返回汇管56后进入第二取样返回汇管48，通过第二安全阀26将残余天然引入安全泄放汇管59后进入残气瓶40；同时，样气返回汇管56中的天然气进入样气返回主管路49后进入取样探头1的返回接口，将引出的天然气返回到输气管道中，降低取样管内天然气排放大气量。

实施例2，与实施例1不同之处在于，自动取样控制器55可以控制多个取样支路44上的取样泵16a同时进行采样，天然气通过取样支路汇管45进入各个取样支路44中，每个取样支路44均通过自动取样控制器55控制开启每个取样支路上的电磁阀15a，每个取样支路上的取样泵16a开始工作采集对应取样支路44上的天然气。每个取样支路44的气体流量信号通过自动取样控制器55送入站场控制系统中。

实施例3，与实施例1不同之处在于，自动取样控制器55控制多个备用取样支路42上的取样泵16b同时进行采样，天然气通过备用取样支路汇管46进入各个备用取样支路42中，每个备用取样支路42均通过自动取样控制器55控制开启每个备用取样支路上的备用电磁阀15b，每个备用取样支路上的备用取样泵16b开始工作采集对应取样支路44上的天然气。每个备用取样支路42的气体流量信号通过自动取样控制器55送入站场控制系统中。

实施例4，与实施例1、2、3不同之处在于，当任意一个取样支路44和任意一个备用取样支路42均检修无法工作时，开启手动取样管路54进行取样，输气管道自动取样系统一体化整合橇装方法为：

步骤1，取样探头1插入输气管道中从输气管道中取天然气，通过取样探头1的气体出口将天然气引入取样主管路43，天然气经过取样主管路43到达手动取样管路54；

步骤2，手动取样管路54上的天然气通过第二减压阀33减压后进入样气钢瓶37；

同时，第一压力表3检测取样主管路43上的压力，取样主管路43上超压的天然气通过第四安全阀28引入安全泄放汇管59后进入残气瓶40；第五压力表34检测手动取样管路54上的压力，手动取样管路54超压的天然气引入安全泄放汇管59后进入残气瓶40；

步骤3，取样主管路43上的残余天然气进入取样支路汇管45或备用取样支路汇管46后进入第一取样返回汇管47或第二取样返回汇管48，通过第一安全阀25或第二安全阀26将残余天然引入安全泄放汇管59后进入残气瓶40；

同时，样气返回汇管56中的天然气进入样气返回主管路49后进入取样探头1的返回接口，将引出的天然气返回到输气管道中，降低取样管内天然气排放大气量。

本发明的输气管道自动取样系统一体化整合橇装方法采用的橇装装置如图2所示。

其中，取样探头1结构为插入/收回型，通过一个配套的法兰式全通径球阀后插入输气管道中，当有清管器通过或维修时，站场和管道不用停输，操作者即可安全地从带压的管道中移出或插入取样探头，实现探头方便地在线插拔。取样探头1上设有气体出口以及返回接口，通过返回接口将引出的天然气返回到输气管道中，提供气体循环回路，实现用管道中的天然气来提供背压系统的气源，并将引出的天然气通过取样探头的另一个接口返回到天然气主管道中，降低取样管内天然气排放大气量。

取样支路上的取样泵16a和备用取样支路上的备用取样泵16b为气动隔膜式取样泵，动力为管道中的高压天然气，天然气通过过滤减压后作为控制取样泵启停的电磁阀的气源。同时，取样泵可在不同的管内天然气压力下，顺利地从流动的高压天然气中提取有代表性的样品到恒压样品气缸(移动活塞气瓶)。

移动活塞气瓶18a和备用移动活塞气瓶18b为活塞式，气瓶上配有磁性指示器显示容量。在取样前移动活塞气瓶需要利用管道中的天然气对其预先充压，使其压力与管道压力一致，为气瓶提供背压系统。背压气源将通过在线取样探头内的一个探头将管道中的天然气引出到移动活塞气瓶背压接口。在气缸80％容积处设置磁性开关，用于控制气缸内的气量。

取样控制器55可以对取样过程进行控制，保证系统自动地按流量比例或时间比例进行周期取样，当移动活塞气瓶80％充满时，样品气瓶上的限位开关动作，取样过程自动停止。取样控制器能接收管道气体流量信号，通过流量大小确定取样泵电磁阀开关频率，最终控制取样频率，也可按时间比例直接设定取样频率。流量信号可以是4ma～20madc信号或高频脉冲信号。控制器带有防爆液晶触摸屏，可现场设定参数。

取样控制器能与上位控制系统通讯，可以向上位机提供各路取样完成等相关的取样信息。通信接口应为rs485modbusrtu。自动取样控制器55与站场控制系统连接，供后续的分析管理。

手动取样回路和样气钢瓶，用于自动取样设备维修时不间断样品的采集。

取样系统管路中设置安全阀，当系统超压时释放天然气，保证系统安全。取样系统设置排放管路，当设备需要维修时，释放管路中天然气。这些气体汇集到残气瓶内，最终排放大气或进行安全处理。

根据环境温度和介质温度，为了防止外界环境温度影响使取样管路中有凝液形成，确保取样设备能正常运行，取样系统的管路及设备根据情况进行相应的保温和伴热，取样管路的加热温度应至少高于凝析温度10℃。

所有仪表和电气设备的接线应分别连接到设在适应现场环境的防爆仪表和电力的接线箱内。

本发明的取样装置成套撬装化，并安装在取样小屋内。本装置在贸易双方交接的进站处从运行的管道内采集最具有代表性的样气至钢瓶，定期将钢瓶送至化验室及出入境检验检疫等部门进行分析化验。

本发明的取样探头安装在管道上，能够直接自动连续地采集出管道中天然气具有代表性的样品，通过取样控制器完成预定量的样品采集，并能将其取样控制信号传送至上位控制系统。本装置可以在没有操作人员干预的情况下连续和反复地提取少量样品，以确保天然气任何成份的变化都被反映到样品中，为生产过程的介质分析提供依据。

本发明可以自动、连续地采集出管道中天然气具有代表性的样品。采样过程中无任何组分流失，以确保天然气任何成份的变化都被反映到样气中，准确反映管线输气对应组分和热值。本装置具有非常低的维护要求，精确可靠并易于安装。采样泵采用气动式采样泵,利用在线采样器从管道中抽取具有代表性的样品到样品气缸中，不需要额外的气源供应，利用管线中的天然气作为动力，具有自我净化系统经过样品室，确保每个采样周期都能获取一个真实的有代表性的样品。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。